Anomálie CERNu naznačuje novou částicovou fyziku Standardní model nedokáže vysvětlit

Velký hadronový urychlovač (LHC) CERNu je navržen tak, aby zkoumal okraje známé fyziky a nyní zařízení našlo částice, které se nechovají tak, jak se předpokládalo. I když je to ještě brzy, objev naznačuje existenci nových částic nebo sil mimo standardní model.

Objev byl učiněn v jednom konkrétním experimentu zvaném LHCb, který studuje částice zvané „kvarky krásy“. Tyto exotické fundamentální částice jsou produkovány ve velkém množství při srážkách LHC, ale netrvají dlouho – kvarky krásy se rychle rozpadají na elektrony a miony.

Podle Standardního modelu částicové fyziky se očekává, že kvarky krásy se budou rozkládat na elektrony a miony stejnou rychlostí. Ale nová data z LHCb naznačují, že tomu tak není – spíše než házení mincí mají kvarky krásy tendenci upřednostňovat rozpad na elektrony více než miony. Za pět let daty tým zjistil, že na každých 100 rozpadů elektronů připadá pouze asi 85 rozpadů mionů.

Proč přesně se to děje, zůstává záhadou a nelze to vysvětlit standardním modelem. Tým říká, že jediný důvod, proč by se mělo preferovat jedno nebo druhé, je to, že nějaká skrytá částice ovlivňuje výsledek.

Je zajímavé, že nový nález je vyvrcholením několika let trvajících dalších studií, které také naznačily, že v tomto procesu hrají roli neznámé částice. Zatímco tyto dřívější výsledky nebyly jednotlivě dostatečně konkrétní, tým tvrdí, že všechny ukazují stejným směrem a vytvářejí větší soubor důkazů.

CERN

„Tento nový výsledek nabízí vzrušující náznaky přítomnosti nové základní částice nebo síly, která interaguje odlišně s těmito různými typy částic,“ říká Paula Alvarez Cartelle, vedoucí výzkumník studie. „Čím více dat máme, tím silnější je tento výsledek. Toto měření je nejvýznamnější ze série výsledků LHCb z poslední dekády, které, jak se zdá, se všechny shodují – a všechny by mohly směřovat ke společnému vysvětlení. Výsledky se nezměnily, ale jejich nejistota se zmenšila, což zvýšilo naši schopnost vidět možné rozdíly oproti standardnímu modelu.“

To znamená, že stále existují nejistoty, protože studie musí být ještě recenzována a nález ještě nebyl „potvrzen“. Normálně je k prohlášení něčeho „objevem“ vyžadována statistická významnost pěti standardních definic – ekvivalentní přibližně 1 ku 3,5 milionu pravděpodobnosti, že jde o náhodu. Nový výsledek mezitím registruje pouze tři směrodatné odchylky, tedy asi 1 ku 1 000 pravděpodobnosti, že jde o anomálii.

Přesto jsou výzkumníci opatrně optimističtí, že jsou na stopě nové fyziky. Koneckonců existují otázky, na které Standardní model nedokáže odpovědět, jako je temná hmota nebo co se stalo s veškerou antihmotou. Ani gravitace do toho nezapadá.

„Objev nové síly v přírodě je svatým grálem částicové fyziky,“ říká Konstantinos Petridis, autor studie. „Naše současné chápání složek vesmíru je pozoruhodně krátké – nevíme, z čeho se skládá 95 procent vesmíru nebo proč existuje tak velká nerovnováha mezi hmotou a antihmotou. Objev nové fundamentální síly nebo částice, jak naznačují důkazy o rozdílech v těchto měřeních, by mohl poskytnout průlom potřebný k tomu, abychom mohli začít odpovídat na tyto základní otázky.

Výzkum byl prezentován na konferenci Moriond Electroweak Physics a publikován v předtištěné verzi na ArXiv.

Zdroje: CERN, University of Cambridge, The Conversation